10月18日至22日，第81屆世界科幻大會將在成都舉辦。紅星新聞、每日經濟新聞日前聯合啟動“幻響未來，全球追光”大型融媒體采訪報道，追尋科幻轉換為現實背后人類不同文明所共同擁有的科技與夢想之光。

今天，我們帶你走近福建福清興化灣海岸，探訪我國具有完全自主知識產權的三代核電——華龍一號示范工程，探索人類對能源的應用極限。

福建省福清市福清核電站，“華龍一號”福清6號機組

2019年科幻電影《流浪地球》上映后，互聯網社交平臺的熱搜中出現了一系列物理學名詞——“核聚變”“太陽氫閃”……在電影的熱度之下，科學的冷知識似乎也熱了起來，大眾對硬核科學知識生出向往。

而在四十年前，劉昌文便開始對這一神秘的領域產生了興趣：“當時讀中學的我對原子彈、氫彈很感興趣，覺得核科學很神秘，是一個未知的世界。”于是，懷抱著對核科學的探索精神，在大學時，劉昌文選擇了核反應堆工程專業(yè)。“后來了解了，核科學也可以用來發(fā)電，于是走上了和平利用核能的職業(yè)方向。”

當年那個對神秘核科學充滿向往的學生劉昌文，如今已經成為中國核動力研究設計院華龍一號總設計師。

所謂核電，是利用原子核內部蘊藏的能量產生電能。一顆原子核，直徑只有一根頭發(fā)絲的一億分之一，卻蘊藏著驚人能量。核電是戰(zhàn)略高科技產業(yè)，發(fā)展核電是和平時期保持和擁有強大核實力的重要途徑。

2022年3月，“華龍一號”示范工程在福建福清全面建成投運，兩臺機組年發(fā)電能力近200億度，一個機組并網發(fā)電后，能滿足一個中型城市的用電需求。作為我國具有完全自主知識產權的三代核電技術，“華龍一號”的誕生，標志著我國在三代核電技術領域躋身世界前列，核電技術水平和綜合實力已躋身世界第一方陣。

一顆“中國芯”

潮水拍打著福建福清興化灣海岸，這里依山傍海，目光所及，福清核電基地6臺機組巍然矗立在岸邊不遠處。在這6臺機組中，有兩臺機組尤為顯眼，這是我國具有完全自主知識產權的三代核電——華龍一號示范工程。

在這背后，是中國核電人三十多年的科技攻關與不斷創(chuàng)新。

時間回到1996年底，彼時秦山核電站的二期主體工程正在建設，工程設計裝機容量為兩臺65萬千瓦壓水堆核電機組。“雖然秦山二期還在建設，但那時大家已經在討論，什么時候中國能有百萬千瓦核電機組。”劉昌文強調說，“我們想實現中國人自己的百萬千瓦級核電站。”

中國百萬千瓦核電站的自主創(chuàng)新之路，這一走就是十多年。

福清核電1-6號機組全景

堆芯是核電站的心臟，是核燃料發(fā)生裂變、釋放能量的核心部件。堆芯技術如果受制于人，自主核電就無從談起。

“在此之前，國外核電技術的堆芯大部分采用121個或157個燃料組件，我們在堆芯設計等方面不具有完全自主知識產權，常常受制于人。”劉昌文說。

中國核動力研究設計院的專家團隊經過大量論證，在國外通用的157組堆芯基礎上，每個象限增加5組元件，4個象限共增加20組元件，形成177組堆芯的創(chuàng)新設計。

“177堆芯”是我國三代核電區(qū)別于國外技術的最主要特點，它由177個燃料組件構成，體積更大，讓核電機組的發(fā)電功率得到提升的同時，降低了堆芯內的功率密度，提高了核電站的安全性。這也使得堆芯換料周期由通常的12個月延長至18個月，將電廠可利用率提高至90%以上。

反應堆的設計是核電技術的關鍵領域，這顆“中國芯”，更是華龍一號自主知識產權的基礎。

“華龍一號”福清6號機組

不再“卡脖子”

“中國人自己的百萬千瓦級核電站”，簡單幾個字，背后卻是數年來艱辛的科技攻關。

比如核電站的主設備之一蒸汽發(fā)生器的自主研發(fā)過程。行走在福清核電5號機組的核島內部，三個20米高的巨大白色圓柱體裝置分外顯眼，它們的學名叫“蒸汽發(fā)生器”，是核電站的主設備之一。

蒸汽發(fā)生器結構復雜，內部零件超過一萬個，價格昂貴，動輒就上億元人民幣，以往大型核電站的蒸汽發(fā)生器的設計技術及知識產權掌握在美國、法國的少數幾家設計公司手中。

劉昌文告訴記者，在“華龍一號”早期的設計過程中，本打算向國外公司購買這項設備。“談了很多輪，基本上所有內容都談好了，但卡在最后一步，對方堅持要求如果將來使用這種蒸汽發(fā)生器的核電技術用于出口，必須經過其同意。”劉昌文說，在場的中國專家都接受不了，“相當于給車買一個輪胎，結果輪胎商不允許這輛車出口。”

“從那時起，我們更加堅定了研發(fā)完全自主知識產權的三代核電技術的決心。”劉昌文說，研制蒸汽發(fā)生器，需要合適的蒸汽來測試設備性能，“很難找到有大量蒸汽的實驗場所，經過多番努力，最終在河南南陽油田找到符合條件的實驗條件。”劉昌文說，由于油田有自己的生產工作，于是只能協商利用寶貴的用汽“窗口”時間，“為了搶時間，實驗需要連續(xù)進行，科研人員常常需要24小時守在野外冰天雪地的試驗現場，啃饅頭、泡方便面更是常事。”

華龍一號

結構設計、知識產權、性能驗證、軟件設計、關鍵材料國產化、制造技術國產化等技術難關被連續(xù)攻克，僅僅27個月后，用于“華龍一號”的第三代核電ZH-65型蒸汽發(fā)生器問世。

蒸汽發(fā)生器只是一個縮影，先進堆芯測量系統(tǒng)、核燃料組件包殼材料……通過自主創(chuàng)新大量關鍵設備，華龍一號不再被“卡脖子”。

作為我國具有完全自主知識產權的核電型號，華龍一號共獲得七百余件專利和一百余項軟件著作權，覆蓋了設計技術、專用設計軟件、燃料技術、運行維護技術等眾多領域。“有了華龍一號，中國核電人可以挺直腰桿，從‘借船出海’走向‘造船出海’。”劉昌文說。

核電站的安全“雙保險”

安全性，是三代核電與二代核電最顯著的區(qū)別之一。“能動與非能動”相結合的安全技術，就是“我國具有完全自主知識產權的三代核電技術”的顯著特征之一。其特點是能夠在不依賴外部能源驅動的情況下，僅靠自然循環(huán)、重力等方式確保核電站穩(wěn)定，打造核電站安全“雙保險”。

“雙保險”安全系統(tǒng)，源于福島核事故敲響的警鐘。

2011年2月28日、3月1日，“華龍一號”的前身——CP1000通過了安全審查，進入工程建設階段。工程僅進行了幾天，3月11日，日本福島第一核電站發(fā)生放射性物質泄漏事故。受其影響，中國核電項目建設全面暫停。“打個不恰當的比喻，就像懷了個孩子，快要生的時候突然沒了。”劉昌文說，“大家那時都哭了，從1997年開始辛苦工作多年，就等今天。結果叫停了，對我們打擊很大。”

“華龍一號”福清6號機組內部

此后，科研人員對標世界上最先進的技術和最嚴格的標準，對“華龍一號”進行了一系列安全升級。“能動與非能動”，便是華龍一號核電機型保持安全的核心。

簡單來說，“能動”，就是靠電來驅動安全系統(tǒng)，保障核電站運行。“這種技術成熟安全，但是在極端情況下還是會有危險。例如福島核事故中，核電站失去電力供應，導致冷卻系統(tǒng)失效，無法排出堆芯余熱，反應堆部分熔毀，導致放射性物質泄漏。”劉昌文說。

為了克服這個問題，核動力院研發(fā)了“非能動”方式的創(chuàng)新安全設計。劉昌文介紹說，華龍一號“非能動”的安全設計是不依靠電，依靠位差、密度差、高差形成自然循環(huán)。“利用重力，將堆芯衰變熱傳遞至事故冷卻水箱，從而降低堆芯溫度，避免事故發(fā)生。”劉昌文說，“所以，華龍一號完全可以避免福島核事故那樣的核災難。”

“華龍一號”福清6號機組汽輪機廠房

擁有“四川基因”

一個機組能滿足一個中型城市的用電需求

“華龍一號”的誕生，標志著我國在三代核電技術領域躋身世界前列，核電技術水平和綜合實力已躋身世界第一方陣。

這一“國之重器”，擁有“四川基因”。“華龍一號”的很多關鍵設備都在四川生產，比如DCS控制系統(tǒng)來自成都、“核電之芯”核燃料組件來自宜賓，帶動了在川30余家企業(yè)和科研院所參與配套，產業(yè)規(guī)模超過300億元，涉及重大裝備、數字化儀控等領域。

劉昌文說，從中國第一代核潛艇陸上模式堆到全球領先的第三代核電技術華龍一號，四川核動力產業(yè)鏈不斷升級，產業(yè)體系不斷完善，產業(yè)圈也在不斷擴大。

福清核電1-6號機組全景

目前，華龍一號國內外首批工程4臺機組已經全部建成商運，福建漳州一期、海南昌江三期等“華龍一號”新建機組已經開工建設。華龍一號的商業(yè)運行，不僅能產生巨大的經濟效益，對于改善我國能源結構、助力碳達峰、碳中和戰(zhàn)略目標的實現意義深遠。

據了解，華龍一號一個機組并網發(fā)電之后能夠滿足一個中型城市的用電需求，并且每年減少耗煤530萬噸，以及減少二氧化碳排放1300萬噸。相當于植樹2.6億棵，覆蓋面積達到300萬畝，將近可以覆蓋1/5個北京。

按目前市場情況測算，每臺“華龍一號”機組全壽期內在國內創(chuàng)造產值將超過2000億元人民幣，并提供超過15萬個就業(yè)崗位。另外，每出口一臺“華龍一號”機組，將為我國帶動相關機電產品和材料出口近200億元。

“核能是低碳能源，先進核能技術可以提供高品質熱源，能實現多用途利用，涵蓋電力、制氫、供熱供汽、海水淡化等領域，必將成為我國低碳綠色經濟發(fā)展的重要能源支撐。”劉昌文說。

紅星新聞記者 彭驚 攝影記者 王勤 發(fā)自福建福清